一种基于GIS模型的架空输电线路覆冰风险评估方法技术

本发明专利技术提供一种基于GIS模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，包括：(1)获取输电线路走廊内地理轮廓和杆塔线路的设备云数据，生成数字线路走廊三维可视化模型并确定线路类型；(2)获得线路覆冰半径；(3)获取每根导线的平均高度及最低弧垂高度；(4)用(2)、(3)的结果确定输电线路的单位截面积覆冰量；(5)用上述结果结合线路路径信息利用ansys力学分析模块输出输电线路覆冰受力计算报表；(6)根据覆冰受力计算报表以及相应设备的设计应力值确定不同区域输电线路覆冰风险等级。本发明专利技术用于架空线路输电线路覆冰风险评估工作，可以大大减轻相关测量工作的人力物力投入，同时又能快速、安全、准确的获取现场实时数据。

A risk assessment method of overhead transmission line icing based on GIS model

【技术实现步骤摘要】
一种基于GIS模型的架空输电线路覆冰风险评估方法
本专利技术输电线路防灾减灾
，具体是一种基于GIS数字模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，其利用无人机搭载3D双摄像头结合GIS获取架空输电线路走廊数据，通过一系列算法实现架空输电线路覆冰风险实时自动评估。
技术介绍
近年来，架空输电线路受冰雪典型区域性自然灾害影响明显增多，导致线路频繁跳闸甚至断线倒塔事故，造成大面积的停电，影响电网安全稳定运行。因此，防止典型灾害的发生已成为目前输电线路急需解决的关键性问题，而如何评估典型灾害对输电线路影响的程度，成为解决问题首要考虑的因素。架空输电线路覆冰风险评估是提高电网抵御典型灾害事故能力的重要组成部分，可以为运行和管理部门提供有效依据。目前，主要采用基于运行巡视信息简易评估法对输电线路进行评估，由于线路设备状态特征和机械性能的信息量大，对于设备的分析和评估工作量也很大，并且评估结果的准确性也不是很高，无法真实准确地反应输电线路的实际状态。无人机智能巡检的出现极大改善了架空输电线路基础数据搜集工作的现状，无人机技术的发展为三维可视化建模设备提供了新的移动平台。利用无人机有着传统基础数据搜集无法比拟的优势，其不受地理和大部分天气条件的限制，对起降条件要求较低，即使遇到地震洪涝等自然灾害，只要能找到一块相对空旷的公路或者硬地面即可实现起降，有利于长期和实时的数据搜集分析。本申请的专利技术人在实现本专利技术的过程中经过研究发现：通过无人机主动式测量技术,结合GIS系统信息快速获取大面积架空输电线路数据,采用粒子群算法快速搜索形成架空输电线路参数库，可应用于三维建模、自然灾害评估、大型工程测量等各个方面。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于GIS数字模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，利用无人机搭载3D双摄像头实时快速获取架空输电线路数据，实现输电线路覆冰风险评估的实时自动化，通过自动获取输电线路结构信息、地貌信息、气象信息，并自动生成输电线路覆冰受力计算报表及风险评估结果。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于GIS数字模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，包括如下步骤：(1)利用无人机搭载双摄像头形成数字影像叠加GIS数据，获取输电线路走廊内地理轮廓和杆塔线路的设备云数据，生成数字线路走廊三维可视化模型并确定线路类型；(2)用粒子群算法对数字线路走廊三维可视化模型进行归一化，结合线路类型，计算导线覆冰概率半径，生成线路覆冰半径数据集，从而获得线路覆冰半径Rb；(3)使用杆塔高度数据集获取每根导线的平均高度Hp及最低弧垂高度Hc；(4)利用步骤(2)所得线路覆冰半径Rb以及步骤(3)所得每根导线的平均高度Hp及最低弧垂高度Hc确定输电线路的单位截面积覆冰量M；(5)利用步骤(4)所得定输电线路的单位截面积覆冰量M，结合线路路径信息利用ansys力学分析模块输出输电线路覆冰受力计算报表，所述覆冰受力计算报表包括架空输电线路杆塔、导线及绝缘子覆冰单位界面积应力计算结果Q：Q＝Mg其中，g为重力加速度；(6)根据覆冰受力计算报表以及相应设备的设计应力值，按档距为单位计算架空输电线路覆冰风险系数F为：F＝Q/R其中Q为架空输电线路杆塔、导线及绝缘子覆冰单位截面积应力计算结果，由步骤(5)得到，R为相应设备的设计应力值，由设计资料获取，针对不同设备Q值不同的问题，以档距为单位取不同设备类型的Q值最小值作为单位线路覆冰风险。进一步的，所述步骤(1)中，线路类型包括架空输电线路电压等级、同塔回数、相序分布、杆塔类型、绝缘子类型及附加地理信息，地理信息包括平原、山区、跨越路、桥、江、湖的参数。进一步的，所述步骤(2)中，粒子群算法对数字线路走廊三维可视化模型归一化的特征在于将数字模型中的输电线路以杆塔为单位微粒化，利用粒子群进化算法进行实数编码结合参数空间迭代搜索后实现线路参数归一化辨识并生成输电线路覆冰半径数据集，粒子群进化算法方程描述为：Vij(t+1)＝wVij(t)+c1r1j(t)(pij(t)-xij(t))+c2r2j(t)(pgi(t)-xij(t))；xij(t+1)＝xij(t)+Vij(t+1)；其中，ij为粒子群矩阵中的第i行，第j列，xij为粒子群的位置矩阵，即对应设备覆冰半径位置坐标，pij为第ij个粒子的局部最优位置组合矩阵，即局部覆冰半径最大位置，pgi为粒子群的全局最优位置矩阵，即全部杆塔的覆冰最大位置，Vij(t+1)为粒子群更新后的速度矩阵，即对应设备单位截面积覆冰半径Rb变化量，xij(t+1)为更新后的位置矩阵，即对应设备单位截面积的覆冰半径Rb，c1和c2为加速因子，r为0-1之间的随机数；w为惯性因子，控制前一设备扫描半径对当前设备扫描半径的影响。进一步的，所述步骤(3)中，杆塔高度数据集获取有两种方式，一是调取设备台账信息，二是调取步骤(1)中辨识的杆塔高度数据，包括：每根导线的平均高度Hp及最低弧垂高度Hc。进一步的，所述步骤(4)中，对于导线单位截面积的覆冰量，根据覆冰半径Rb、输电线路辨识参数及覆冰质量密度确定及单位截面积覆冰量M，其计算公式为：M＝ρπ(Rb-Rs)Hc/Hp其中，ρ为覆冰质量密度，可按照运行经验取值，Rb为设备单位截面积覆冰半径，Rs为设备单位截面积半径，按设备设计资料取值，Hp为导线平均高度，Hc为导线弧垂最低高度。进一步的，所述步骤(6)中根据架空输电线路覆冰风险系数F将线路覆冰风险等级分为以下5个等级：A类：能够承受100％及以上实地覆冰应力；B类：能够承受90-100％实地覆冰应力；C类：能够承受70-90％实地覆冰应力；D类：能够承受50-70％实地覆冰应力；E类：能够承受小于50％实地覆冰应力。进一步的，所述迭代搜索形成输电线路设备覆冰半径集的具体过程为：首先按杆塔为微粒单位初始化各设备单位截面积半径，根据GIS系统信息确定设备初始位置；其次计算粒子的适应度，即得到局部覆冰半径最大值的位置和半径数据；再次通过上述公式迭代计算不同位置下的各设备单位截面积半径变化量；最后判断是否达到迭代次数，依据为所有粒子取值均为最优粒子，若是，则优化结束，得到粒子群的最优位置，即选出的因子为覆冰半径最大值；否则，返回初始化步骤，重新计算。本专利技术具有下列优点和积极效果：1、利用无人机建立三维可视化模型获取输电线路复杂数据变化快速准确；2、通过计算分析判定的覆冰半径可迅速输出输电线路覆冰应力计算表，可有效判断薄弱点；3、将该技术用于输电线路覆冰风险评估工作，可以大大减轻相关测量工作的人力物力投入，同时又能快速、安全、准确的获取数据，是一个很有前途的研究方向，并且有着很重要的实用价值，取得的效果可以结合线路巡检、在线监测等手段进行验证。附图说明图1为本专利技术基于GIS模型的架空输电线路覆冰风险评估方法的流程图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GIS模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)利用无人机搭载双摄像头形成数字影像叠加GIS数据，获取输电线路走廊内地理轮廓和杆塔线路的设备云数据，生成数字线路走廊三维可视化模型并确定线路类型；/n(2)用粒子群算法对数字线路走廊三维可视化模型进行归一化，结合线路类型，计算导线覆冰概率半径，生成线路覆冰半径数据集，从而获得线路覆冰半径R

【技术特征摘要】
1.一种基于GIS模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)利用无人机搭载双摄像头形成数字影像叠加GIS数据，获取输电线路走廊内地理轮廓和杆塔线路的设备云数据，生成数字线路走廊三维可视化模型并确定线路类型；
(2)用粒子群算法对数字线路走廊三维可视化模型进行归一化，结合线路类型，计算导线覆冰概率半径，生成线路覆冰半径数据集，从而获得线路覆冰半径Rb；
(3)使用杆塔高度数据集获取每根导线的平均高度Hp及最低弧垂高度Hc；
(4)利用步骤(2)所得线路覆冰半径Rb以及步骤(3)所得每根导线的平均高度Hp及最低弧垂高度Hc确定输电线路的单位截面积覆冰量M；
(5)利用步骤(4)所得定输电线路的单位截面积覆冰量M，结合线路路径信息利用ansys力学分析模块输出输电线路覆冰受力计算报表，所述覆冰受力计算报表包括架空输电线路杆塔、导线及绝缘子覆冰单位界面积应力计算结果Q：
Q＝Mg
其中，g为重力加速度；
(6)根据覆冰受力计算报表以及相应设备的设计应力值，按档距为单位计算架空输电线路覆冰风险系数F为：
F＝Q/R
其中Q为架空输电线路杆塔、导线及绝缘子覆冰单位截面积应力计算结果，由步骤(5)得到，R为相应设备的设计应力值，由设计资料获取，针对不同设备Q值不同的问题，以档距为单位取不同设备类型的Q值最小值作为单位线路覆冰风险。


2.如权利要求1所述的基于GIS数字模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中，线路类型包括架空输电线路电压等级、同塔回数、相序分布、杆塔类型、绝缘子类型及附加地理信息，地理信息包括平原、山区、跨越路、桥、江、湖的参数。


3.如权利要求1所述的基于GIS数字模型的架空输电线路覆冰风险评估方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，粒子群算法对数字线路走廊三维可视化模型归一化的特征在于将数字模型中的输电线路以杆塔为单位微粒化，利用粒子群进化算法进行实数编码结合参数空间迭代搜索后实现线路参数归一化辨识并生成输电线路覆冰半径数据集，粒子群进化算法方程描述为：
Vij(t+1)＝wVij(t)+c1r1j(t)(pij(t)-xij(t))+c2r2j(t)(pgi(t)-xij(t))；
xij(t+1)＝xij(t)+Vij(t+1)；
其中，ij为粒子群矩阵中的第i行，第j列，xij为粒子群的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史天如，胡丹晖，汪涛，张耀东，周学明，黄俊杰，王文烁，冯志强，王万昆，朱昌成，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42